[发明专利]一种煤矿井下高压水力压裂封孔材料及封孔工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下高压水力压裂封孔材料及封孔工艺。

背景技术

瓦斯灾害是制约煤矿安全、高效生产的第一要素，钻孔预抽是瓦斯治理和防突的有效措施。我国煤矿煤层大多数是松软低透气性煤层，在实施钻孔抽采过程中，由于煤层透气性低，瓦斯抽采难度大。如何增加原始煤体的透气性系数，确保能快速较好的实现抽采达标，防治煤与瓦斯突出事故发生，适应矿井安全高效的需要，为科学合理采取针对性的瓦斯综合治理技术显得尤其重要。

水力压裂是地面煤层气开发的常规工艺，移植到井下具有异曲同工之妙。在煤矿井下进行高压水力压裂，是煤层增透的特殊途径，是提高预抽瓦斯浓度、缩短抽放时间的有力保障。

煤矿井下高压水力压裂，一个重要的技术难题就是钻孔的高压密封问题，封孔质量的好坏，直接关系到压裂的成功与否。为了提高钻孔封孔的成功率，必须解决三个问题：一是钻孔裂隙圈内的裂隙封堵问题，二是钻孔孔壁与封孔材料的间隙封堵问题，三是如何解决封孔材料凝固后自身产生的微裂隙问题。目前，煤矿井下高压水力压裂常采用胶囊封孔和普通水泥浆进行钻孔密封，胶囊抗压强度有限，难以满足抗高压的要求；普通水泥浆体系普遍存在：进行高压水压裂时，水泥石抗冲击韧性低；与钻孔孔壁的胶接质量差；凝固后存在微裂隙以及抗压强度低等缺点，密封难度大，生产实践中难以满足高压水力压裂密封抗冲击、抗高压的要求，封孔成功率低。

中国专利号CN102287163A，公告日期2011年12月21日，发明创造名称“煤矿井下超高压压裂孔的钻孔封孔方法及封孔装置”。该封孔方法注浆管伸入封堵孔内4m以上，返浆管底端距封堵孔孔底距离为30m以下。应用该结构进行注浆，注浆方式是替浆注浆，封孔浆体不能太稠，否则替浆失败，注浆困难。由于稠度小的浆体收缩大，凝固后，由于浆体的收缩，封孔深度不够，钻孔的密封性有一定局限。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中存在的问题，提供一种煤矿井下高压水力压裂封孔材料及封孔工艺，该封孔材料具有很高的抗压强度、抗冲击韧性，收缩率低，同时成本低廉等特点，使用该材料进行封孔时，能有效封堵钻孔裂隙圈内的裂隙以及钻孔孔壁与封孔材料的间隙，凝固后能有效抑制自身产生的微裂隙。本发明还涉及一种封孔工艺，应用该封孔材料进行封孔的工艺，解决了替浆注浆，浆液稀，收缩大，封孔深度不够等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤矿井下高压水力压裂封孔材料，该封孔材料由下列组分组成，各组分按重量配比如下：水泥100份、水60份、Ms型早强减水剂2~4份、聚丙烯纤维0.08~0.5份（体积掺量0.1~0.6%）。

本发明所述的水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维都是市场上可以购买到的公知材料。另外，早强减水剂1元/kg，聚丙烯纤维20元/kg，早强减水剂和聚丙烯纤维加量少，对封孔材料的成本影响很小。

所述材料的优选组分为：水泥100份、水60份、Ms型早强减水剂3份、聚丙烯纤维0.5份。所述材料在制成浆体时，Ms早强减水剂是直接加入拌合水中，聚丙烯纤维要先与水泥干拌，混合均匀后，再加入水中，使其均匀的分布在浆体中。

所述早强减水剂为Ms型早强减水剂；所述的聚丙烯纤维为高强聚丙烯束状单丝纤维，密度为0.91g/cm³。

一种煤矿井下高压水力压裂封孔工艺，包括以下顺序进行的步骤：

a在煤岩体上钻一孔径为75mm的压裂孔，施工至煤层顶板，用Φ94mm直径的钻头扩孔至煤层底板。

b将压裂管送至钻孔孔底煤层顶板处，压裂管前段为筛管，筛管采用纱布包裹50~100cm，防止封孔浆体回流堵塞压裂管；在筛管下端包裹并捆绑棉纱，形成一个棉纱塞，用于塞住煤层底板煤岩体交界处的孔段，起到封堵封孔浆体及过滤水的作用。将注浆管送至靠近煤层底板处，返浆管终端设在孔口封堵段前段5~10cm位置处。

c在钻孔孔口采用AB胶加棉纱封堵，固结后，在孔口打入木塞。

d 由注浆管向钻孔内注入封孔材料，当浆体从返浆管外部管口流出时，关闭返浆管外部阀门，继续注浆，直至压裂管外部管口有水流出时，停止注浆；同时，放空注浆管内浆液。

e 待浆体凝固8小时后，进行二次注浆，当压裂管外部管口有水流出时，停止注浆，并关闭注浆管上截止阀，固结24小时。